CN105119243A

CN105119243A - 基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法

Info

Publication number: CN105119243A
Application number: CN201510581627.5A
Authority: CN
Inventors: 何怡刚; 李珊; 项胜; 尹柏强; 佐磊; 何威; 童晋; 李兵; 袁莉芬
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: CN105119243B

Abstract

基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，包括以下步骤：（1）检测广域保护的故障区域；（2）依据故障电压比值求取线路的故障概率；（3）依据多信息融合的方法求取线路的故障概率；（4）将步骤（2）中的故障概率和步骤（3）中的故障概率加权综合获得线路的综合故障概率。本发明使广域保护兼具高容错性和在复杂工况下良好的动作性能。

Description

基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法。

背景技术

电网的结构日益复杂，传统基于本地测量信息的后备保护动作延时长、整定困难，难以适应电网结构的灵活变化；而且潮流转移发生时，难以区分过负荷和线路内部故障，易导致连锁跳闸事故。近些年，广域测量技术取得了一定的发展，广域保护也由此引起电力研究者的普遍关注。

现如今，高压电网主保护一般采用纵联保护，整定简单，动作正确率高、速度快且不受负荷转移的影响，而广域信息采样要求同步性，且由于采样装置或传输通道故障等原因，易造成保护信息错误或缺失。因此，广域保护的研究主要针对后备保护，致力于提高后备保护的性能。

2010年，张保会在文献具有容错性能的广域后备保护算法中提出，通过综合利用距离保护信息和方向元件信息识别故障元件，所需的广域信息较少，当任一保护信息错误或缺失时均能准确判别出故障。2010年，汪华在文献基于故障电压分布的广域后备保护算法中提出，利用故障电压比值构建故障识别判据的广域保护算法，该算法在电网高阻接地、故障转换、非全相运行等工况下具有良好的动作性能。2013年，王睿在文献基于相关矩阵的电网广域后备保护算法中提出，利用本线路和相邻线路的相关保护信息识别故障线路的广域后备保护算法，该算法有较高容错性。

利用广域信息准确识别故障元件是目前广域后备保护的研究核心之一。广域后备保护一般采用两类信息构建故障识别判据：一类是保护动作信息；另一类是电流、电压等可直接测得的电气量信息。

广域信息采集范围较大，且很难做到传统保护装置那样精密的抗干扰措施，传输信息由于装置或通道故障等原因会出现保护信息缺失或错误等情况，因此广域保护对于容错性有较高要求。并且广域后备保护在高阻接地、故障转换、非全相运行等复杂工况下不能具备良好的动作性能。现有技术只针对广域保护的容错性或者保护在复杂工况下的动作性能进行研究，未考虑在提高保护容错性的同时提高保护在复杂工况下的动作性能；或者在提高保护在复杂工况下的动作性能时研究保护的容错性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种使广域保护兼具高容错性和在复杂工况下良好的动作性能的基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，包括以下步骤：

(1)检测广域保护的故障区域；

(2)依据故障电压比值求取线路的故障概率；

(3)依据多信息融合的方法求取线路的故障概率；

(4)将步骤(2)中的故障概率和步骤(3)中的故障概率加权综合获得线路的综合故障概率。

进一步，所述步骤(1)中，检测广域保护的故障区域的具体方法如下：

(1-1)构建子站启动判据

(| {\overset{\cdot}{U}}_{m 2} | &GreaterEqual; K_{N} U_{N}) \cup (| {\overset{\cdot}{U}}_{m 0} | &GreaterEqual; K_{Z} U_{N}) \cup (| {\overset{\cdot}{U}}_{m 1} | \leq K_{P} U_{N}),

满足此判据的子站将母线序电压上传至决策中心；其中，表示母线的负序电压，表示母线的零序电压，表示母线的正序电压，U_N表示母线的额定电压；K_N为负序电压比值系数，其值整定为0.1；K_Z为零序电压比值系数，其值整定为0.1；K_P为正序电压比值系数，其值整定为0.5；

(1-2)将序电压排序前3位的母线选为故障相关母线，并根据母线与线路的连接关系，将所有与故障相关母线相连的线路选为故障疑似线路。

进一步，所述步骤(2)中，依据故障电压比值求取线路的故障概率的具体方法如下：

(2-1)利用PMU测得线路mn两端的电压电流利用测得的线路mn两端的电压电流分别计算线路mn两端的故障电压估算值计算公式如下：其中，表示线路mn两端的电压，表示线路mn两端的电流，表示线路mn两端的故障电压估算值，ZL为线路的等效阻抗；

(2-2)定义线路mn两端的故障电压比值系数且取K_max＝max(K_m,K_n)；当线路区外发生故障时，线路两端电压推算值与测量值相等，即K_max＝max(K_m,K_n)＝1；当线路区内发生故障时，K_m、K_n均大于1，且与过渡电阻无关，此时K_max＝max(K_m,K_n)>1；其中，表示线路mn两端的电压，表示线路mn两端的故障电压估算值，K_m,K_n为线路mn两端的故障电压比值系数，K_max为故障电压比值系数最大值；

(2-3)利用故障电压比值获取线路的故障概率P_Ι；令y＝K_max/K_set，其中K_set为整定值，取K_set＝1.2，取值如下所示：

P_{I} = \{\begin{matrix} 1 & y &GreaterEqual; 1.4 \\ 0.95 & 1.2 \leq y < 1.4 \\ 0.85 & 1 \leq y < 1.2 \\ 0.35 & 0.83 \leq y < 1 \\ 0.05 & y < 0.83 \end{matrix} .

进一步，所述步骤(3)中，依据多信息融合的方法求取线路的故障概率的具体方法如下：

(3-1)依据主保护、距离保护I段、距离保护II段、距离保护III段、方向元件对线路故障判别的影响程度，主保护的权值取0.6，距离保护I段的权值取0.6，距离保护II段的权值取0.3，距离保护III段的权值取0.2，本线路方向元件的权值取0.3，相邻线路方向元件的权值取为0.2；

(3-2)引入两个相关系数：本线路相关系数L_AF和相邻线路相关系数A_AF，本线路相关系数L_AF反映本线路保护信息对本线路故障的综合判断，相邻线路相关系数A_AF反映相邻线路保护信息对本线路故障的综合判断；

L_{A F} = 0.6 (A + A^{'}) + 0.6 (B_{I} + B_{I}^{'}) + 0.3 (B_{I I} + B_{I I}^{'}) + 0.2 (B_{I I I 0} + B_{I I I 0}^{'}) + 0.3 (C + C^{'});

其中，A为本线路一侧的主保护信息，B_Ι，B_ΙΙ，B_ΙΙΙ0分别为本线路一侧的距离_Ι、_ΙΙ、_ΙΙΙ段保护信息，C为本线路一侧的方向元件信息；A'为本线路另一侧的主保护信息，B'_Ι，B'_ΙΙ，B'_ΙΙΙ0分别为本线路另一侧的距离_Ι、_ΙΙ、_ΙΙΙ段保护信息，C'为本线路另一侧的方向元件信息；B_ΙΙΙi为相邻线路i远离本线路那侧的距离保护III段信息；C_iN、C_iF分别为相邻线路近侧、远侧的方向信息，C_iN取值为+1或0或-1，C_iF取值为+1或0或-1；N_n表示本线路相邻线路的个数；i表示其他相邻线路序号；

(3-3)计算线路的故障判断综合值F_out和故障门槛值F_set：

故障判断综合值F_out的计算方法如下：F_outF_out＝L_AF+A_AF；其中，L_AF表示本线路相关系数，A_AF表示相邻线路相关系数；

故障门槛值F_set的计算方法如下：设定线路首端IED失效，当首端发生故障时，L_AF＝0.6×1+0.6×0+0.3×1+0.2×1+0.3×1＝1.4，若末端发生故障，L_AF＝0.6×1+0.6×1+0.3×1+0.2×1+0.3×1＝2；设定相邻线路近侧IED失效，

A_{A F} = Σ_{i = 1}^{N_{n}} 0.2 C_{i F} + 0.2 Σ_{i = 1}^{N} B_{I I I i},

F_{s e t} = \frac{1}{2} (1.4 + 2) + A_{A F} = \frac{1}{2} (1.4 + 2) + Σ_{i = 1}^{N_{n}} (0.2 C_{i F} + 0.2 B_{I I I i});

其中，C_iF表示相邻线路远侧的方向信息，N_n表示本线路相邻线路的个数；i表示其他相邻线路序号；B_ΙΙΙi为相邻线路i远离本线路那侧的距离保护III段信息；

(3-4)计算传统保护信息判断线路的故障概率：

对F_out做如下处理：获得故障确认比值x，x＝F_out/F_set；

对x作如下处理：获得利用线路保护信息判断线路的故障概率P_ΙΙ：

P_{I I} = {\begin{matrix} 1 & x > 1 \\ x & 0 \leq x \leq 1 \\ 0 & x < 0 \end{matrix} .

进一步，所述步骤(4)中，将步骤(2)中的故障概率和步骤(3)中的故障概率加权综合获得线路的综合故障概率的具体方法如下：

将P_Ι、P_ΙΙ加权后获得线路的综合故障概率P，两种概率的权值分别取0.5和0.5，P＝0.5P_Ι+0.5P_ΙΙ。

进一步，所述步骤(2-2)中故障电压比值系数最大值K_max的选定方法如下：

对于电网中较常发生的不对称故障，利用线路两侧的零、负序电压比值系数最大值作为故障电压比值系数最大值K_max，K_max＝K_max0-2＝max(K_m0,K_n0,K_m2,K_n2)，其中，K_m0,K_n0为线路mn两侧的零序故障电压比值系数，K_m2,K_n2为线路mn两侧的负序故障电压比值系数；为线路mn两侧测量到的零序电压分量，为线路mn两侧测量到的负序电压分量；为由本侧测量信息计算得到的对侧零序电压分量，为由本侧测量信息计算得到的对侧负序电压分量；对于三相对称故障，利用正序电压突变量构成故障电压比值系数最大值K_max，K_max＝K_max1＝max(K_m1,K_n1)，其中，K_m1,K_n1为线路mn两侧的正序故障电压比值系数，分别为线路mn两侧测量得到的正序电压突变量；分别为由本侧测量信息计算得到的对侧正序电压突变量。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)保护的容错性较高，不会因采样装置或传输通道故障等原因造成的保护信息错误或缺失而导致不能正确识别故障线路。

(2)引入故障电压比较的方法，保护在高阻接地、非全相运行再故障等复杂工况下具有良好的动作性能。

(3)本发明兼顾保护的高容错性和在复杂工况下良好的动作性能，算法简单，且对采样数据的同步性要求较低。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例包括以下步骤：

(1)检测广域保护的故障区域；

(2)依据故障电压比值求取线路的故障概率；

(3)依据多信息融合的方法求取线路的故障概率；

所述步骤(1)中，检测广域保护的故障区域的具体方法如下：

(1-1)构建子站启动判据

满足此判据的子站将母线序电压上传至决策中心；其中，表示母线的负序电压，表示母线的零序电压，表示母线的正序电压，U_N表示母线的额定电压；K_N为负序电压比值系数，其值整定为0.1；K_Z为零序电压比值系数，其值整定为0.1；K_P为正序电压比值系数，其值整定为0.5；K_P整定为0.5是为了防止子站在电网正常状态切换运行方式时的频繁启动；

(1-2)为了保证故障相关母线选择的冗余性，将序电压排序前3位的母线选为故障相关母线，并根据母线与线路的连接关系，将所有与故障相关母线相连的线路选为故障疑似线路。

所述步骤(2)中，依据故障电压比值求取线路的故障概率的具体方法如下：

(2-1)利用PMU(同步相量测量装置PhasorMeasurementUnit)测得线路mn两端的电压电流利用测得的线路mn两端的电压电流分别计算线路mn两端的故障电压估算值计算公式如下：其中，表示线路mn两端的电压，表示线路mn两端的电流，表示线路mn两端的故障电压估算值，Z_L为线路的等效阻抗；

(2-3)利用故障电压比值获取线路的故障概率P_Ι；令y＝K_max/K_set，其中K_set为整定值，考虑到电压、电流的测量误差和电网运行方式切换导致电压电流暂态变化的影响，取K_set＝1.2，P_Ι取值如下所示：

P_{I} = {\begin{matrix} 1 & y &GreaterEqual; 1.4 \\ 0.95 & 1.2 \leq y < 1.4 \\ 0.85 & 1 \leq y < 1.2 \\ 0.35 & 0.83 \leq y < 1 \\ 0.05 & y < 0.83 \end{matrix} .

所述步骤(3)中，依据多信息融合的方法求取线路的故障概率的具体方法如下：

(3-1)依据主保护、距离保护I段、距离保护II段、距离保护III段、方向元件对线路故障判别的影响程度，主保护的权值取0.6，距离保护I段的权值取0.6，距离保护II段的权值取0.3，距离保护III段的权值取0.2，本线路方向元件的权值取0.3，相邻线路方向元件的权值取为0.2；此处将本线路方向元件和相邻线路方向元件的权值区分开来，取不同的值，是考虑到出现相邻线路方向元件误动或拒动个数较多的情况，正常线路可能会误判为故障，因此适当降低相邻线路方向元件信息对本线路故障判断的权值；

L_{A F} = 0.6 (A + A^{'}) + 0.6 (B_{I} + B_{I}^{'}) + 0.3 (B_{I I} + B_{I I}^{'}) + 0.2 (B_{I I I 0} + B_{I I I 0}^{'}) + 0.3 (C + C^{'});

A_{A F} = 0.2 Σ_{i = 1}^{N_{n}} B_{I I I i} + Σ_{i = 1}^{N_{n}} (- 0.2 C_{i N} + 0.2 C_{i F});

其中，A为本线路一侧的主保护信息，B_Ι，B_ΙΙ，B_ΙΙΙ0分别为本线路一侧的距离_Ι、_ΙΙ、_ΙΙΙ段保护信息，C为本线路一侧的方向元件信息；A'为本线路另一侧的主保护信息，B'_Ι，B′_II，B′_III0分别为本线路另一侧的距离_Ι、_ΙΙ、_ΙΙΙ段保护信息，C'为本线路另一侧的方向元件信息；B_ΙΙΙi为相邻线路i远离本线路那侧的距离保护III段信息；C_iN、C_iF分别为相邻线路近侧、远侧的方向信息，C_iN取值为+1或0或-1，C_iF取值为+1或0或-1；N_n表示本线路相邻线路的个数；i表示其他相邻线路序号；

(3-3)计算线路的故障判断综合值F_out和故障门槛值F_set：

故障门槛值F_set的计算方法如下：设定线路首端IED(IntelligentElectronicDevice，智能电子设备)失效，当首端发生故障时，L_AF＝0.6×1+0.6×0+0.3×1+0.2×1+0.3×1＝1.4，若末端发生故障，L_AF＝0.6×1+0.6×1+0.3×1+0.2×1+0.3×1＝2；设定相邻线路近侧IED失效，

A_{A F} = Σ_{i = 1}^{N_{n}} 0.2 C_{i F} + 0.2 Σ_{i = 1}^{N_{n}} B_{I I I i},

F_{s e t} = \frac{1}{2} (1.4 + 2) + A_{A F} = \frac{1}{2} (1.4 + 2) + Σ_{i = 1}^{N_{n}} (0.2 C_{i F} + 0.2 B_{I I I i});

(3-4)计算传统保护信息判断线路的故障概率：对F_out做如下处理：获得故障确认比值_x，x＝F_out/F_set；对x作如下处理：获得利用线路保护信息判断线路的故障概率P_ΙΙ：

P_{I I} = {\begin{matrix} 1 & x > 1 \\ x & 0 \leq x \leq 1 \\ 0 & x < 0 \end{matrix} .

所述步骤(4)中，将步骤(2)中的故障概率和步骤(3)中的故障概率加权综合获得线路的综合故障概率的具体方法如下：

所述步骤(2-2)中，故障电压比值系数最大值K_max的选定方法如下：

参照图1，本实施例的具体流程如下：

步骤01：满足启动判据的子站启动，并将其序电压上传至决策中心；

步骤02：依据各子站上传的序电压选出故障相关母线，并检测出故障疑似线路L_i(i＝1,2,...,n),i为故障疑似线路编号，n为故障疑似线路总数；

步骤03：初始化：i＝1，并更新L_i；

步骤04：计算利用故障电压比值判断线路L_i的故障概率P_I；

步骤05：计算利用保护信息判断线路L_i的故障概率P_II；

步骤06：计算线路L_i的故障综合故障概率P；

步骤07：判断P≥0.8是否成立，若成立，则执行步骤09；若不成立，则执行步骤08，

步骤08：判断是否0.7<P<0.8，且其两侧主保护均未动作是否满足，若满足，则执行步骤09，若不满足，则返回步骤03；

步骤09：确定线路L_i故障；

步骤10：判断i＝n是否成立，若成立，则执行步骤11；若不成立，则返回步骤03；

步骤11：对已确定的故障线路发跳闸命令；

步骤12：结束。

本发明在提高保护容错性的同时，引入故障电压比较的方法，提高了保护在高阻接地、非全相运行再故障等复杂工况下的动作性能，使广域保护兼具高容错性和在复杂工况下良好的动作性能的优点。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)检测广域保护的故障区域；

(2)依据故障电压比值求取线路的故障概率；

(3)依据多信息融合的方法求取线路的故障概率；

2.如权利要求1所述的基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，其特征在于，所述步骤(1)中，检测广域保护的故障区域的具体方法如下：

(1-1)构建子站启动判据

(| {\overset{\cdot}{U}}_{m 2} | &GreaterEqual; K_{N} U_{N}) \cup (| {\overset{\cdot}{U}}_{m 0} | &GreaterEqual; K_{Z} U_{N}) \cup (| {\overset{\cdot}{U}}_{m 1} | \leq K_{P} U_{N}),

3.如权利要求1或2所述的基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中，依据故障电压比值求取线路的故障概率的具体方法如下：

(2-1)利用PMU测得线路mn两端的电压电流利用测得的线路mn两端的电压电流分别计算线路mn两端的故障电压估算值计算公式如下：其中，表示线路mn两端的电压，表示线路mn两端的电流，表示线路mn两端的故障电压估算值，Z_L为线路的等效阻抗；

P_{I} = \{\begin{matrix} 1 & y &GreaterEqual; 1.4 \\ 0.95 & 1.2 \leq y < 1.4 \\ 0.85 & 1 \leq y < 1.2 \\ 0.35 & 0.83 \leq y < 1 \\ 0.05 & y < 0.83 \end{matrix} .

4.如权利要求1或2所述的基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中，依据多信息融合的方法求取线路的故障概率的具体方法如下：

L_AF＝0.6(A+A')+0.6(B_Ι+B′_Ι)+0.3(B_ΙΙ+B′_ΙΙ)+0.2(B_ΙΙΙ0+B′_ΙΙΙ0)+0.3(C+C')；

A_{A F} = 0.2 Σ_{i = 1}^{N_{n}} B_{I I I i} + Σ_{i = 1}^{N_{n}} (- 0.2 C_{i N} + 0.2 C_{i F});

其中，A为本线路一侧的主保护信息，B_Ι，B_ΙΙ，B_ΙΙΙ0分别为本线路一侧的距离Ι、ΙΙ、ΙΙΙ段保护信息，C为本线路一侧的方向元件信息；A'为本线路另一侧的主保护信息，B'_Ι，B'_ΙΙ，B'_ΙΙΙ0分别为本线路另一侧的距离Ι、ΙΙ、ΙΙΙ段保护信息，C'为本线路另一侧的方向元件信息；B_ΙΙΙi为相邻线路i远离本线路那侧的距离保护III段信息；C_iN、C_iF分别为相邻线路近侧、远侧的方向信息，C_iN取值为+1或0或-1，C_iF取值为+1或0或-1；N_n表示本线路相邻线路的个数；i表示其他相邻线路序号；

(3-3)计算线路的故障判断综合值F_out和故障门槛值F_set：

A_{A F} = Σ_{i = 1}^{N_{n}} 0.2 C_{i F} + 0.2 Σ_{i = 1}^{N_{n}} B_{I I I i}, F_{s e t} = \frac{1}{2} (1.4 + 2) + A_{A F} = \frac{1}{2} (1.4 + 2) + Σ_{i = 1}^{N_{n}} (0.2 C_{i F} + 0.2 B_{I I I i});

(3-4)计算传统保护信息判断线路的故障概率：

对F_out做如下处理：获得故障确认比值x，x＝F_out/F_set；

P_{I I} = \{\begin{matrix} 1 & x > 1 \\ x & 0 \leq x \leq 1 \\ 0 & x < 0 \end{matrix} .

5.如权利要求1或2所述的基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将步骤(2)中的故障概率和步骤(3)中的故障概率加权综合获得线路的综合故障概率的具体方法如下：

6.如权利要求3所述的基于故障电压比值与多信息融合的广域后备保护方法，其特征在于，所述步骤(2-2)中故障电压比值系数最大值K_max的选定方法如下：